lunaix-os/kernel/process/sched.c

   1 #include <asm/abi.h>
   2 #include <asm/mempart.h>
   3
   4 #include <asm/cpu.h>
   5
   6 #include <lunaix/fs/taskfs.h>
   7 #include <lunaix/mm/cake.h>
   8 #include <lunaix/mm/mmap.h>
   9 #include <lunaix/mm/pmm.h>
  10 #include <lunaix/mm/valloc.h>
  11 #include <lunaix/mm/vmm.h>
  12 #include <lunaix/mm/procvm.h>
  13 #include <lunaix/process.h>
  14 #include <lunaix/sched.h>
  15 #include <lunaix/signal.h>
  16 #include <lunaix/spike.h>
  17 #include <lunaix/status.h>
  18 #include <lunaix/syscall.h>
  19 #include <lunaix/syslog.h>
  20 #include <lunaix/hart_state.h>
  21 #include <lunaix/kpreempt.h>
  22
  23 #include <klibc/string.h>
  24
  25 struct thread empty_thread_obj;
  26
  27 volatile struct proc_info* __current;
  28 volatile struct thread* current_thread = &empty_thread_obj;
  29
  30 struct scheduler sched_ctx;
  31
  32 struct cake_pile *proc_pile ,*thread_pile;
  33
  34 #define root_process   (sched_ctx.procs[1])
  35
  36 LOG_MODULE("SCHED")
  37
  38 void
  39 sched_init()
  40 {
  41     proc_pile = cake_new_pile("proc", sizeof(struct proc_info), 1, 0);
  42     thread_pile = cake_new_pile("thread", sizeof(struct thread), 1, 0);
  43     cake_set_constructor(proc_pile, cake_ctor_zeroing);
  44     cake_set_constructor(thread_pile, cake_ctor_zeroing);
  45
  46     sched_ctx = (struct scheduler){
  47         .procs = vzalloc(PROC_TABLE_SIZE), .ptable_len = 0, .procs_index = 0};
  48
  49     llist_init_head(&sched_ctx.sleepers);
  50 }
  51
  52 void
  53 run(struct thread* thread)
  54 {
  55     thread->state = PS_RUNNING;
  56     thread->process->state = PS_RUNNING;
  57     thread->process->th_active = thread;
  58
  59     procvm_mount_self(vmspace(thread->process));
  60     set_current_executing(thread);
  61
  62     switch_context();
  63
  64     fail("unexpected return from switching");
  65 }
  66
  67 /*
  68     Currently, we do not allow self-destorying thread, doing
  69     so will eliminate current kernel stack which is disaster.
  70     A compromise solution is to perform a regular scan and
  71     clean-up on these thread, in the preemptible kernel thread.
  72 */
  73
  74 void
  75 cleanup_detached_threads()
  76 {
  77     // XXX may be a lock on sched_context will ben the most appropriate?
  78     cpu_disable_interrupt();
  79
  80     int i = 0;
  81     struct thread *pos, *n;
  82     llist_for_each(pos, n, sched_ctx.threads, sched_sibs) {
  83         if (likely(!proc_terminated(pos) || !thread_detached(pos))) {
  84             continue;
  85         }
  86
  87         struct proc_mm* mm = vmspace(pos->process);
  88
  89         procvm_mount(mm);
  90         destory_thread(pos);
  91         procvm_unmount(mm);
  92
  93         i++;
  94     }
  95
  96     if (i) {
  97         INFO("cleaned %d terminated detached thread(s)", i);
  98     }
  99
 100     cpu_enable_interrupt();
 101 }
 102
 103 bool
 104 can_schedule(struct thread* thread)
 105 {
 106     if (!thread) {
 107         return 0;
 108     }
 109
 110     if (proc_terminated(thread)) {
 111         return false;
 112     }
 113
 114     if (preempt_check_stalled(thread)) {
 115         thread_flags_set(thread, TH_STALLED);
 116         return true;
 117     }
 118
 119     if (unlikely(kernel_process(thread->process))) {
 120         // a kernel process is always runnable
 121         return thread->state == PS_READY;
 122     }
 123
 124     struct sigctx* sh = &thread->sigctx;
 125
 126     if ((thread->state & PS_PAUSED)) {
 127         return !!(sh->sig_pending & ~1);
 128     }
 129
 130     if ((thread->state & PS_BLOCKED)) {
 131         return sigset_test(sh->sig_pending, _SIGINT);
 132     }
 133
 134     if (sigset_test(sh->sig_pending, _SIGSTOP)) {
 135         // If one thread is experiencing SIGSTOP, then we know
 136         // all other threads are also SIGSTOP (as per POSIX-2008.1)
 137         // In which case, the entire process is stopped.
 138         thread->state = PS_STOPPED;
 139         return false;
 140     }
 141
 142     if (sigset_test(sh->sig_pending, _SIGCONT)) {
 143         thread->state = PS_READY;
 144     }
 145
 146     return (thread->state == PS_READY) \
 147             && proc_runnable(thread->process);
 148 }
 149
 150 void
 151 check_sleepers()
 152 {
 153     struct thread *pos, *n;
 154     time_t now = clock_systime() / 1000;
 155
 156     llist_for_each(pos, n, &sched_ctx.sleepers, sleep.sleepers)
 157     {
 158         if (proc_terminated(pos)) {
 159             goto del;
 160         }
 161
 162         time_t wtime = pos->sleep.wakeup_time;
 163         time_t atime = pos->sleep.alarm_time;
 164
 165         if (wtime && now >= wtime) {
 166             pos->sleep.wakeup_time = 0;
 167             pos->state = PS_READY;
 168         }
 169
 170         if (atime && now >= atime) {
 171             pos->sleep.alarm_time = 0;
 172             thread_setsignal(pos, _SIGALRM);
 173         }
 174
 175         if (!wtime && !atime) {
 176         del:
 177             llist_delete(&pos->sleep.sleepers);
 178         }
 179     }
 180 }
 181
 182 void
 183 schedule()
 184 {
 185     assert(sched_ctx.ptable_len && sched_ctx.ttable_len);
 186
 187     // 上下文切换相当的敏感！我们不希望任何的中断打乱栈的顺序……
 188     no_preemption();
 189
 190     if (!(current_thread->state & ~PS_RUNNING)) {
 191         current_thread->state = PS_READY;
 192         __current->state = PS_READY;
 193
 194     }
 195
 196     procvm_unmount_self(vmspace(__current));
 197     check_sleepers();
 198
 199     // round-robin scheduler
 200
 201     struct thread* current = current_thread;
 202     struct thread* to_check = current;
 203
 204     do {
 205         to_check = list_next(to_check, struct thread, sched_sibs);
 206
 207         if (can_schedule(to_check)) {
 208             break;
 209         }
 210
 211         if (to_check == current) {
 212             // FIXME do something less leathal here
 213             fail("Ran out of threads!")
 214             goto done;
 215         }
 216
 217     } while (1);
 218
 219     sched_ctx.procs_index = to_check->process->pid;
 220
 221 done:
 222     run(to_check);
 223
 224     fail("unexpected return from scheduler");
 225 }
 226
 227 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, sleep, unsigned int, seconds)
 228 {
 229     if (!seconds) {
 230         return 0;
 231     }
 232
 233     time_t systime = clock_systime() / 1000;
 234     struct haybed* bed = &current_thread->sleep;
 235
 236     if (bed->wakeup_time) {
 237         return (bed->wakeup_time - systime);
 238     }
 239
 240     bed->wakeup_time = systime + seconds;
 241
 242     if (llist_empty(&bed->sleepers)) {
 243         llist_append(&sched_ctx.sleepers, &bed->sleepers);
 244     }
 245
 246     store_retval(seconds);
 247
 248     block_current_thread();
 249     schedule();
 250
 251     return 0;
 252 }
 253
 254 __DEFINE_LXSYSCALL1(unsigned int, alarm, unsigned int, seconds)
 255 {
 256     struct haybed* bed = &current_thread->sleep;
 257     time_t prev_ddl = bed->alarm_time;
 258     time_t now = clock_systime() / 1000;
 259
 260     bed->alarm_time = seconds ? now + seconds : 0;
 261
 262     if (llist_empty(&bed->sleepers)) {
 263         llist_append(&sched_ctx.sleepers, &bed->sleepers);
 264     }
 265
 266     return prev_ddl ? (prev_ddl - now) : 0;
 267 }
 268
 269 __DEFINE_LXSYSCALL1(void, exit, int, status)
 270 {
 271     terminate_current(status);
 272     schedule();
 273 }
 274
 275 __DEFINE_LXSYSCALL(void, yield)
 276 {
 277     schedule();
 278 }
 279
 280 pid_t
 281 _wait(pid_t wpid, int* status, int options);
 282
 283 __DEFINE_LXSYSCALL1(pid_t, wait, int*, status)
 284 {
 285     return _wait(-1, status, 0);
 286 }
 287
 288 __DEFINE_LXSYSCALL3(pid_t, waitpid, pid_t, pid, int*, status, int, options)
 289 {
 290     return _wait(pid, status, options);
 291 }
 292
 293 __DEFINE_LXSYSCALL(int, geterrno)
 294 {
 295     return current_thread->syscall_ret;
 296 }
 297
 298 pid_t
 299 _wait(pid_t wpid, int* status, int options)
 300 {
 301     pid_t cur = __current->pid;
 302     int status_flags = 0;
 303     struct proc_info *proc, *n;
 304     if (llist_empty(&__current->children)) {
 305         return -1;
 306     }
 307
 308     wpid = wpid ? wpid : -__current->pgid;
 309
 310 repeat:
 311     llist_for_each(proc, n, &__current->children, siblings)
 312     {
 313         if (!~wpid || proc->pid == wpid || proc->pgid == -wpid) {
 314             if (proc->state == PS_TERMNAT && !options) {
 315                 status_flags |= PEXITTERM;
 316                 goto done;
 317             }
 318             if (proc->state == PS_READY && (options & WUNTRACED)) {
 319                 status_flags |= PEXITSTOP;
 320                 goto done;
 321             }
 322         }
 323     }
 324     if ((options & WNOHANG)) {
 325         return 0;
 326     }
 327     // 放弃当前的运行机会
 328     yield_current();
 329     goto repeat;
 330
 331 done:
 332     if (status) {
 333         *status = PEXITNUM(status_flags, proc->exit_code);
 334     }
 335     return destroy_process(proc->pid);
 336 }
 337
 338 static inline pid_t
 339 get_free_pid() {
 340     pid_t i = 0;
 341
 342     for (; i < sched_ctx.ptable_len && sched_ctx.procs[i]; i++)
 343         ;
 344
 345     if (unlikely(i == MAX_PROCESS)) {
 346         fail("Panic in Ponyville shimmer!");
 347     }
 348
 349     return i;
 350 }
 351
 352 struct thread*
 353 alloc_thread(struct proc_info* process) {
 354     if (process->thread_count >= MAX_THREAD_PP) {
 355         return NULL;
 356     }
 357
 358     struct thread* th = cake_grab(thread_pile);
 359
 360     th->process = process;
 361     th->created = clock_systime();
 362
 363     // FIXME we need a better tid allocation method!
 364     th->tid = th->created;
 365     th->tid = (th->created ^ ((ptr_t)th)) % MAX_THREAD_PP;
 366
 367     th->state = PS_CREATED;
 368
 369     llist_init_head(&th->sleep.sleepers);
 370     llist_init_head(&th->sched_sibs);
 371     llist_init_head(&th->proc_sibs);
 372     waitq_init(&th->waitqueue);
 373
 374     return th;
 375 }
 376
 377 struct proc_info*
 378 alloc_process()
 379 {
 380     pid_t i = get_free_pid();
 381
 382     if (i == sched_ctx.ptable_len) {
 383         sched_ctx.ptable_len++;
 384     }
 385
 386     struct proc_info* proc = cake_grab(proc_pile);
 387     if (!proc) {
 388         return NULL;
 389     }
 390
 391     proc->state = PS_CREATED;
 392     proc->pid = i;
 393     proc->created = clock_systime();
 394     proc->pgid = proc->pid;
 395
 396     proc->sigreg = vzalloc(sizeof(struct sigregistry));
 397     proc->fdtable = vzalloc(sizeof(struct v_fdtable));
 398
 399     proc->mm = procvm_create(proc);
 400
 401     llist_init_head(&proc->tasks);
 402     llist_init_head(&proc->children);
 403     llist_init_head(&proc->grp_member);
 404     llist_init_head(&proc->threads);
 405
 406     iopoll_init(&proc->pollctx);
 407
 408     sched_ctx.procs[i] = proc;
 409
 410     return proc;
 411 }
 412
 413 void
 414 commit_thread(struct thread* thread) {
 415     struct proc_info* process = thread->process;
 416
 417     assert(process && !proc_terminated(process));
 418
 419     llist_append(&process->threads, &thread->proc_sibs);
 420
 421     if (sched_ctx.threads) {
 422         llist_append(sched_ctx.threads, &thread->sched_sibs);
 423     } else {
 424         sched_ctx.threads = &thread->sched_sibs;
 425     }
 426
 427     sched_ctx.ttable_len++;
 428     process->thread_count++;
 429     thread->state = PS_READY;
 430 }
 431
 432 void
 433 commit_process(struct proc_info* process)
 434 {
 435     assert(process == sched_ctx.procs[process->pid]);
 436     assert(process->state == PS_CREATED);
 437
 438     // every process is the child of first process (pid=1)
 439     if (!process->parent) {
 440         if (likely(!kernel_process(process))) {
 441             process->parent = root_process;
 442         } else {
 443             process->parent = process;
 444         }
 445     } else {
 446         assert(!proc_terminated(process->parent));
 447     }
 448
 449     if (sched_ctx.proc_list) {
 450         llist_append(sched_ctx.proc_list, &process->tasks);
 451     } else {
 452         sched_ctx.proc_list = &process->tasks;
 453     }
 454
 455     llist_append(&process->parent->children, &process->siblings);
 456
 457     process->state = PS_READY;
 458 }
 459
 460 void
 461 destory_thread(struct thread* thread)
 462 {
 463     cake_ensure_valid(thread);
 464
 465     struct proc_info* proc = thread->process;
 466
 467     llist_delete(&thread->sched_sibs);
 468     llist_delete(&thread->proc_sibs);
 469     llist_delete(&thread->sleep.sleepers);
 470     waitq_cancel_wait(&thread->waitqueue);
 471
 472     thread_release_mem(thread);
 473
 474     proc->thread_count--;
 475     sched_ctx.ttable_len--;
 476
 477     cake_release(thread_pile, thread);
 478 }
 479
 480 static void
 481 orphan_children(struct proc_info* proc)
 482 {
 483     struct proc_info *root;
 484     struct proc_info *pos, *n;
 485
 486     root = root_process;
 487
 488     llist_for_each(pos, n, &proc->children, siblings) {
 489         pos->parent = root;
 490         llist_append(&root->children, &pos->siblings);
 491     }
 492 }
 493
 494 void
 495 delete_process(struct proc_info* proc)
 496 {
 497     pid_t pid = proc->pid;
 498     struct proc_mm* mm = vmspace(proc);
 499
 500     assert(pid);    // long live the pid0 !!
 501
 502     sched_ctx.procs[pid] = NULL;
 503
 504     llist_delete(&proc->siblings);
 505     llist_delete(&proc->grp_member);
 506     llist_delete(&proc->tasks);
 507
 508     iopoll_free(proc);
 509
 510     taskfs_invalidate(pid);
 511
 512     if (proc->cwd) {
 513         vfs_unref_dnode(proc->cwd);
 514     }
 515
 516     if (proc->cmd) {
 517         vfree(proc->cmd);
 518     }
 519
 520     for (size_t i = 0; i < VFS_MAX_FD; i++) {
 521         struct v_fd* fd = proc->fdtable->fds[i];
 522         if (fd) {
 523             vfs_pclose(fd->file, pid);
 524             vfs_free_fd(fd);
 525         }
 526     }
 527
 528     vfree(proc->fdtable);
 529
 530     signal_free_registry(proc->sigreg);
 531
 532     procvm_mount(mm);
 533
 534     struct thread *pos, *n;
 535     llist_for_each(pos, n, &proc->threads, proc_sibs) {
 536         // terminate and destory all thread unconditionally
 537         destory_thread(pos);
 538     }
 539
 540     orphan_children(proc);
 541
 542     procvm_unmount_release(mm);
 543
 544     cake_release(proc_pile, proc);
 545 }
 546
 547 pid_t
 548 destroy_process(pid_t pid)
 549 {
 550     int index = pid;
 551     if (index <= 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 552         syscall_result(EINVAL);
 553         return -1;
 554     }
 555
 556     struct proc_info* proc = sched_ctx.procs[index];
 557     delete_process(proc);
 558
 559     return pid;
 560 }
 561
 562 static void
 563 terminate_proc_only(struct proc_info* proc, int exit_code) {
 564     assert(proc->pid != 0);
 565
 566     proc->state = PS_TERMNAT;
 567     proc->exit_code = exit_code;
 568
 569     proc_setsignal(proc->parent, _SIGCHLD);
 570 }
 571
 572 void
 573 terminate_thread(struct thread* thread, ptr_t val) {
 574     thread->exit_val = val;
 575     thread->state = PS_TERMNAT;
 576
 577     struct proc_info* proc = thread->process;
 578     if (proc->thread_count == 1) {
 579         terminate_proc_only(thread->process, 0);
 580     }
 581 }
 582
 583 void
 584 terminate_current_thread(ptr_t val) {
 585     terminate_thread(current_thread, val);
 586 }
 587
 588 void
 589 terminate_proccess(struct proc_info* proc, int exit_code) {
 590     assert(!kernel_process(proc));
 591
 592     if (proc->pid == 1) {
 593         fail("Attempt to kill init");
 594     }
 595
 596     terminate_proc_only(proc, exit_code);
 597
 598     struct thread *pos, *n;
 599     llist_for_each(pos, n, &proc->threads, proc_sibs) {
 600         pos->state = PS_TERMNAT;
 601     }
 602 }
 603
 604 void
 605 terminate_current(int exit_code)
 606 {
 607     terminate_proccess(__current, exit_code);
 608 }
 609
 610 struct proc_info*
 611 get_process(pid_t pid)
 612 {
 613     int index = pid;
 614     if (index < 0 || index > sched_ctx.ptable_len) {
 615         return NULL;
 616     }
 617     return sched_ctx.procs[index];
 618 }
 619
 620 int
 621 orphaned_proc(pid_t pid)
 622 {
 623     if (!pid)
 624         return 0;
 625     if (pid >= sched_ctx.ptable_len)
 626         return 0;
 627     struct proc_info* proc = sched_ctx.procs[pid];
 628     struct proc_info* parent = proc->parent;
 629
 630     // 如果其父进程的状态是terminated 或 destroy中的一种
 631     // 或者其父进程是在该进程之后创建的，那么该进程为孤儿进程
 632     return proc_terminated(parent) || parent->created > proc->created;
 633 }